“虾蛄眼”相机

栏目：环球科学 来源：中国数字科技馆

一只雌性虾蛄。图片来源：美国国家科学基金会 在动物王国中，虾蛄拥有攻击速度最快的头衔，它的威力足以打破贝壳和水族箱的玻璃。它们还有世界上最复杂、最非凡的眼睛。人的眼睛有三种光感受细胞，但这些甲壳类动物有十几种，它们能够感知到其他动物看不见的光线特性。 如今，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程师们已经制作出了一台相机，很好地模拟了甲壳动物令人印象深刻的视觉系统。这台长度只有3厘米左右的立方体设备在《光学》（Optica）杂志上出现在了大众眼前。研究人员声称，在批量生产后，每台售价可以低到10美元。他们相信，这套设备可以用来帮助汽车探测危险，帮助军用无人机看到伪装或遮挡背后的目标，并且帮助外科医生更精准地工作。

虾蛄眼部特写。图片来源：Alexander Vasenin 虾蛄有两种视觉超能力。首先，它们可以感知“偏振光”（polarized light），在偏振光中所有光波在同一个平面上振动（而非偏振光则在各个方向上振动）。可以反光的物体总是会反射出一组偏振光，利用这项特性可以很好地从混杂的背景中区分出这个物体。虾蛄就利用了这项特性在蓝色的海洋中寻找猎物。它们探测到的光强变化范围也特别大（动态范围很宽），这让他们可以同时看到非常明亮和非常黑暗的区域。 新的相机模仿了这两种能力。电子计算机工程师维克托·格鲁耶夫（Viktor Gruev）和同事共同合作，制造了一种由微型的硅基光线探测器组成的阵列。当然，类似的偏振单元也出现在其他商业相机中。但是，传统的探测器产生的电流与光强成线性方式增长，而新的探测器则以指数方式响应，因此，产生的动态范围大约是现行商业相机的10 000倍。研究人员还在探测器上覆盖了微型铝线，从而用来模拟虾蛄眼中的微绒毛，这是它们用来过滤和感受偏振光的管状结构。

一只虾蛄。图片来源：Silke Baron 为了进行实地测试，研究人员在一辆车上同时装了新相机和普通相机。格鲁耶夫说，虾眼相机拍摄的照片所呈现出的对比度更高，尤其是在雾气朦胧和阴雨连绵的环境下，在大量高光或者暗光的场景中，也能表现出很好的对比度。 马里兰大学的生物学教授托马斯·克罗宁（Thomas Cronin）并没有参与这项研究，但他认为虾蛄是唯一能感知到全光谱颜色和偏振的生物，因此很适合用于相机仿生学研究。他说：“这项技术可以在复杂的背景中为你呈现清晰的图像，而其他技术很难做到。” 撰文：普拉奇·帕特尔（Prachi Patel） 翻译：赵岩